Die erste Ladung Kuiper-Satelliten wurde gestartet. Wie weit ist es davon entfernt, mit Starlink mitzuhalten?

Vor Kurzem startete die Atlas-5-Rakete erfolgreich die ersten beiden Internetsatelliten des Kuiper-Projekts von Amazon. Dies ist für Amazon ein wichtiger Schritt hin zum Aufbau einer Weltraum-Internet-Konstellation. Was sind die Merkmale der Weltraum-Internet-Konstellation von Amazon? Wie ist es im Vergleich zu Starlink von SpaceX? Wie sind die Entwicklungsperspektiven?

Der Bau tritt in eine neue Phase

Das Projekt Kuiper ist ein von Amazon im Jahr 2019 angekündigter Plan zum Bau einer Internet-Konstellation im Weltraum. Amazon, das weltweit führende Internetunternehmen und Online-Händler, plant, 10 Milliarden US-Dollar in den Bau einer Kuiper-Konstellation aus 3.236 Satelliten zu investieren, um Gebiete ohne Zugang zum Breitband-Internet mit Hochgeschwindigkeits-Internetdiensten mit geringer Latenz zu versorgen.

Amazon treibt den Aufbau seiner Konstellation stetig voran. Der Kuiper-Satellit nutzt viele neue Technologien. Zu seinen Hauptkomponenten zählen Energietechnik und -subsysteme, Phased-Array- und Parabolantennen, Energie- und Antriebssysteme, kundenspezifische Modems usw. Seine Lebensdauer im Orbit beträgt etwa 7 Jahre.

Schematische Darstellung der Kuiper-Internet-Konstellation

Zur Herstellung von Satelliten hat Amazon an mehreren Standorten im US-Bundesstaat Washington Fabriken errichtet, die voraussichtlich bis Ende dieses Jahres mit der Produktion beginnen und eine Produktionsrate von drei bis fünf Satelliten pro Tag erreichen werden. Das Unternehmen plant außerdem den Bau einer Satellitenmontageanlage im Kennedy Space Center in Florida mit einer Fläche von 31.000 Quadratmetern, die voraussichtlich im nächsten Jahr fertiggestellt wird. Der Standort ist der Hauptstandort für zukünftige Starts von Kuiper-Satelliten, wo die aus dem US-Bundesstaat Washington gelieferten Satelliten den letzten Startvorbereitungen unterzogen werden.

Kuipers Plan erhielt 2020 die teilweise Genehmigung der Federal Communications Commission. Amazon muss die Stationierung von mindestens der Hälfte der Satelliten, also 1.618 Satelliten, bis Juli 2026 abschließen und gleichzeitig seinen Plan zur Eindämmung von Weltraummüll weiter überarbeiten. Nach mehreren Iterationsrunden erteilte die Agentur Amazon im Februar dieses Jahres die Genehmigung, eine Konstellation von Breitbandsatelliten in niedriger Umlaufbahn einzusetzen, um operative Dienste bereitzustellen.

Im April 2022 unterzeichnete Amazon den größten Raketentransaktionsvertrag der Geschichte und gab Milliarden von Dollar aus, um Startdienste von Blue Origin, United Launch Alliance und European Arianespace zu erwerben. Dabei werden Raketenmodelle wie New Glenn, Vulcan, Atlas 5, Ariane 6 und andere zum Einsatz kommen, um 83 Startmissionen durchzuführen. Jede Mission wird 35 bis 61 Satelliten transportieren, um den Plan zur Bereitstellung der Konstellation zu vervollständigen.

Der Start zweier experimenteller Satelliten markiert eine neue Etappe beim Aufbau der Kuiper-Konstellation. Die Ingenieure werden im Weltraum und am Boden eine vollständige System- und Prozessüberprüfung durchführen, darunter Betriebszustandstests von Satelliten und Nutzlasten, Netzwerktests zwischen dem Internet, Boden-Gateways, Satelliten und Benutzerterminals usw. Amazon plant, Ende 2024 mit Kundentests des Netzwerks zu beginnen.

Unter Berücksichtigung der Vermeidung von Weltraummüll werden die beiden Versuchssatelliten nach Abschluss der Mission aktiv die Umlaufbahn verlassen und in der Erdatmosphäre verglühen. Um astronomische Einflüsse zu reduzieren, ist ein Satellit mit einem Sonnenschutz ausgestattet. Durch Vergleich der Reflektivität zwischen den beiden Satelliten testeten die Forscher die Wirksamkeit dieser Methode bei der Reduzierung der Reflektivität und der Abschwächung der Auswirkungen auf optische Teleskope auf der Erde. Die Ergebnisse dieser Forschung werden den Astronomen nach Abschluss der Mission mitgeteilt.

Von Starlink abgehängt

Als groß angelegte Internet-Konstellationen in erdnaher Umlaufbahn kann das Kuiper-Projekt problemlos mit dem Starlink-Projekt von SpaceX verglichen werden. Allerdings hat sich „Starlink“ zur Internet-Konstellation mit dem schnellsten Baufortschritt, der stärksten Leistung und den umfassendsten Funktionen entwickelt. Es hat einen enormen Anwendungswert und ein enormes Entwicklungspotenzial bewiesen, hatte in vielen Bereichen eine bahnbrechende Wirkung und erregte in allen Ländern große Aufmerksamkeit. Im Vergleich zu Starlink ist Kuiper weit zurückgefallen.

Gemessen am Bauplan und -fortschritt hat SpaceX 2015 den Starlink-Plan vorgeschlagen, der den Start von 42.000 Satelliten vorsieht. Bis zum 5. Oktober dieses Jahres wurde die 111. Startserie abgeschlossen und die Gesamtzahl der Satelliten im Orbit hat 5.222 erreicht, womit das Bauziel der Kuiper-Konstellation übertroffen wurde.

Was die spezifischen technischen Indikatoren betrifft, ist die Starlink-Umlaufbahn komplexer und auf drei Umlaufbahnhöhen von 340, 550 und 1.150 Kilometern über dem Boden verteilt. Dabei werden sowohl die Signalabdeckung als auch die Verbesserung der Netzwerkdienstleistung berücksichtigt, um eine riesige dreidimensionale Konstellation aufzubauen, die die Welt abdeckt. Die Umlaufbahnen der Kuiper-Satelliten erstrecken sich überwiegend über eine Umlaufhöhe von 590 bis 630 Kilometern über der Erde.

Starlink-Satelliten verwenden vier Frequenzbänder: Ku-, Ka- und V-Bänder sowie Intersatelliten-Laserkommunikation. Nach mehreren Upgrade-Runden haben Benutzer Download-Geschwindigkeiten von über 400 Mbit/s und eine Verzögerung von etwa 30 Millisekunden getestet. Es hat sich zu einem der schnellsten Breitbanddienste der Welt entwickelt. Das langfristige Ziel besteht darin, eine Geschwindigkeit von 10 Gbit/s zu erreichen. Die Kuiper-Konstellation hat die Genehmigung zur Nutzung des Ka-Bands erhalten und in frühen Tests mit Bodenantennen eine Downloadgeschwindigkeit von 400 Mbit/s erreicht. Die Geschwindigkeit nach der Bereitstellung der Konstellation muss jedoch in Zukunft überprüft werden.

Hinsichtlich Servicemodellen und Anwendungsszenarien sind beide grundsätzlich gleich. Über Antennen und passende WLAN-Router können Nutzer auf das Starlink-Netzwerk zugreifen. Starlink hat eine Vielzahl von Servicemodellen für unterschiedliche Anwendungsszenarien entwickelt und sein Angebot schrittweise von Einzel- und Heimanwendern auf Geschäftsfelder wie Luftfahrt, Navigation und Mobilfunk ausgeweitet. Derzeit werden weltweit über 2 Millionen Kunden erreicht, in diesem Jahr könnten es über 3,5 Millionen Haushalte sein.

Die Kuiper-Konstellation bietet Netzwerkzugriffsdienste über kleine Kundenterminals und Bodenkommunikationsnetze. Amazon hat drei Satellitenantennen angekündigt, die es an Breitband-Zugangskunden von Kuiper verkaufen möchte, und ist intensiv auf der Suche nach Partnern wie Vodafone, um sein 4G/5G-Netzwerk auszubauen und seine Telekommunikationsdienste zu verbessern.

Darüber hinaus verfügt „Starlink“ in seinem Entwicklungsmodell über einzigartige Vorteile. SpaceX kontrolliert die gesamte Kette vom Design, der Produktion, dem Start bis zum Betrieb. Das Konstellationsdesign und die Satellitenentwicklung von Starlink erfolgen vollständig intern in einem geschlossenen Produktionskreislauf. Jeden Tag werden durchschnittlich vier Satelliten hergestellt. Sie werden mit wiederverwendbaren Falcon-9-Raketen in die Umlaufbahn gebracht, was die Kosten erheblich senkt. Im Vergleich dazu ist der Kuiper-Satellit in anderer Hinsicht autonom und steuerbar, aber die Produktionsanlage befindet sich noch im Bau und Startdienste müssen noch auf dem Markt erworben werden, was kostspielig ist und der Konstellationskonstruktionsprozess kann durch Startfaktoren eingeschränkt sein.

Die Lage ist düster, aber die Aussichten sind rosig

In den letzten Jahren hat sich das Satelliteninternet zu einer neuen Grenze der Entwicklung und des Wettbewerbs im Weltraum entwickelt. Die beiden großen Konstellationen „Starlink“ und „OneNet“ liegen dabei an der Spitze und weisen breite Anwendungsperspektiven auf. Aus Gründen des nationalen Interesses und der Sicherheit haben Länder Pläne zum Bau von Konstellationen vorgeschlagen. So hat Europa beispielsweise das Projekt „Satellite Resilience, Interconnection and Security Infrastructure“ gestartet, dessen Ziel darin besteht, bis 2027 sämtliche Kommunikationssatellitenkonstellationen der EU einzusetzen, um die Souveränität und Autonomie der Kommunikationskapazitäten der EU sowie die Bereitstellung kritischer Kommunikationsdienste im Falle eines Mangels oder einer Unterbrechung der Bodennetze zu gewährleisten.

Der Aufbau der Kuiper-Konstellation ist auch für die Geschäftstransformation und -entwicklung von Amazon dringend erforderlich. Das am schnellsten wachsende Segment von Amazon sind Cloud-Dienste und das Unternehmen expandiert auch aktiv in das Internet of Everything. Um ihre Kerndienste zu unterstützen, haben Technologiegiganten wie Amazon massiv in den Aufbau des Internets und der digitalen Infrastruktur investiert. Das Weltraumgeschäft ist eine natürliche Erweiterung des Daten- und Verbrauchergeschäfts von Amazon und kann Benutzern auf der ganzen Welt Waren, elektronische Produkte und Ressourcen bereitstellen.

Obwohl Amazon große Anstrengungen unternimmt, um aufzuholen, ist die Konkurrenz im Bereich des Satelliteninternets bereits sehr groß und die Zeit drängt. Der größte Druck auf das Unternehmen geht derzeit noch von der Startunterstützung aus.

Gemäß dem Startvertrag sollen die meisten Kuiper-Satelliten mit Raketen vom Typ New Glenn, Vulcan und Ariane 6 gestartet werden. Allerdings kam es bei der Entwicklung dieser drei Raketen immer wieder zu Verzögerungen, sodass bisher noch kein Start durchgeführt wurde. Amazon-Aktionäre reichten sogar Klage ein und behaupteten, dass das Unternehmen aufgrund des Wettbewerbsverhältnisses mit SpaceX nicht erwogen habe, das Startgeschäft an SpaceX zu übergeben, was zu höheren Kosten und Verzögerungen geführt habe.

Andererseits haben der First-Mover-Vorteil der Starlink-Satelliten und die enorme Zahl der Satelliten im Orbit den Lebensraum anderer Konstellationen eingeschränkt. Amazon warf SpaceX vor, die Höhe seiner Satellitenumlaufbahnen zu verringern, was seine eigenen Pläne für die Stationierung im Orbit behindert und das Risiko von Weltraumkollisionen und elektromagnetischen Störungen erhöht. SpaceX entgegnete, dass es nicht im öffentlichen Interesse liege, die Entwicklung von Starlink zugunsten der Kuiper-Konstellation zu behindern, die noch viele Jahre nicht betriebsbereit sein werde.

Darüber hinaus bringt die Anwendungsdemonstration von Starlink weitere Ressourcen mit sich. SpaceX hat vor Kurzem einen 70-Millionen-Dollar-Auftrag des US-Militärs für den Bau einer militärischen Version von Starlink erhalten – das Star Shield-System. Amazon hingegen kann sich nur auf seine eigenen Kapitalinvestitionen verlassen.

Trotz der düsteren Lage ist Amazon immer noch zuversichtlich genug. Dies liegt zum einen an der sehr großen Benutzerbasis und dem First-Mover-Vorteil, den das Cloud-Computing-Geschäft mit sich bringt. Andererseits bietet das Satellitenkommunikationsgeschäft große Aussichten. Noch immer haben große Teile der Welt und große Bevölkerungsgruppen keinen Zugang zu Breitbandnetzen, und die Welt hat noch immer Raum, das neue Weltraum-Internet zu akzeptieren. (Autor: Yang Shirui, Bildquelle: Amazon, Screening-Experte: Jiang Fan, stellvertretender Direktor des Wissenschafts- und Technologieausschusses der China Aerospace Science and Technology Corporation)